***English version follows***

Un poste de doctorat avec bourse est disponible à partir de mai 2021.

Titre du projet: « Ingénierie de la sélénonéine chez des hôtes microbiens à l’aide de la biologie synthétique ».

Date limite interne pour postuler: 05 avril 2021. Postulez via le lien: https://abdel-mawgoud.com/application-form/

Sommaire du projet :

La sélénonéine, la forme biologique du sélénium, peut être trouvée dans plusieurs organismes marins consommés par les humains et dans le sang humain. Cette petite molécule a une forte activité antioxydante contre les espèces réactives de l’oxygène (ROS), protège l’hémoglobine et la myoglobine contre l’auto-oxydation par fer et joue un rôle important dans la détoxification du méthylmercure. On suggère que les activités antioxydantes et détoxifiantes de la sélénonéine soient associées à ses effets protecteurs pour la santé, en particulier les effets neuroprotecteurs. Nous visons à étudier plus en détail les effets protecteurs de la sélénonéine sur la santé en utilisant le poisson zèbre comme modèle animal. Pour cette étude, une source de la sélénonéine est requise.

Ce projet vise à concevoir des hôtes microbiens pour produire de la sélénonéine à des titres suffisamment élevés pour une purification ultérieure de cette molécule, ou pour que cet hôte agit comme une source directe de la sélénonéine si fournie dans la nourriture du poisson zèbre pour faire partie de son microbiote intestinal. S’inspirant de la voie récemment rapportée de la sélénonéine chez Schizosaccharmoyces pombe, l’étudiant concevra un circuit métabolique synthétique pour la biosynthèse de sélénonéine pour l’intégrer chez un hôte microbien approprié (levure ou bactérie) qui est à l’origine dépourvu de cette voie. Cela nécessiterait l’utilisation d’une ou plusieurs des techniques suivantes: optimisation / conception de gènes, assemblage d’ADN avancé (Gibson, Golden Gate), techniques avancées de clonage et d’édition du génome (CRISPR-Cas9, etc.). L’étudiant pourrait également utiliser des analyses de flux métaboliques pour soutenir le développement de stratégies d’ingénierie métabolique ingénieuses dans de nouvelles souches modifiées ainsi que chez des producteurs naturels de la sélénonéine, comme S. pombe. Dans ce projet, l’étudiant utilisera de manière intensive des techniques analytiques avancées telles que la LC-MS à haute résolution pour l’analyse ciblée des petites molécules et pour des essaies métabolomiques. Pour la confirmation des structures chimiques, l’étudiant va collaborer conjointement avec des spécialiste de la RMN. L’étudiant optimisera également des méthodes chromatographiques (comme par la HPLC préparative), entre autres, pour la purification de la sélénonéine ou de ses précurseurs sous leurs différentes formes chimiques.

Finalement, la sélénonéine purifiée ainsi que les souches modifiées seront utilisées dans l’étude de l’effet protecteur de la sélénonéine contre la neurotoxicité des contaminants mercureux à l’aide de modèles de poisson zèbre. L’étudiant collaborera alors étroitement avec le laboratoire de Prof. Paul de Koninck pour assurer la livraison de sélénonéine et / ou des souches modifiées sous des formes convenables pouvant être utilisées directement dans les tests toxicologiques menés sur le poisson zèbre.

Il s’agit d’un projet collaboratif entre les laboratoires Abdel-Mawgoud de la biologie synthétique (Institut de biologie intégrative et des systèmes, IBIS, Université Laval) et de Paul De Koninck (Centre de recherche sur le cerveau, CERVO, Université Laval). Le doctorant fera partie d’un grand programme multidisciplinaire financé par l’initiative Sentinelle Nord pour étudier l’axe exposome-microbiote-cerveau. L’étudiant recruté sera ainsi exposé à des environnements de recherche divers et à un large spectre d’expertises à l’interface de la synthèse biologie, biochimie, biologie cellulaire, microbiologie, toxicologie, neurosciences et sciences de l’environnement. Les étudiants auront l’occasion de telles interactions très enrichissantes à travers les rencontres mensuelles avec les collaborateurs et leurs étudiants.

Admissibilité: Nous cherchons des titulaires d’une maitrise (MSc) très motivé.e.s et compétitifs/compétitives ayant une expérience dans au moins trois des domaines suivants: 1- microbiologie, 2- biochimie / chimie, 3- biologie cellulaire / moléculaire, 4- génie biologique, 5- chromatographie / spectrométrie de masse.

***English version***

A PhD position with scholarship is available beginning as early as May 2021.

Title of the project: “Engineering of selenoneine in microbial hosts using synthetic biology”

Deadline for application: April 5, 2021. Apply using this link: https://abdel-mawgoud.com/application-form/

Project Summary:

Selenoneine,  the biological form of selenium, can be found in several marine organisms consumed by humans and in human blood. This small molecule has a strong antioxidant activity against reactive oxygen species (ROS), protects hemoglobin and myoglobin from iron auto-oxidation and plays an important role in detoxification of methyl mercury. The antioxidant and detoxification activities of selenoneine are suggested to be associated with its reported health protective effects, especially the neuroprotective ones. We aim to further study the health protective effects of selenoneine using Zebrafish as animal model. For this study, a source of selenoneine is required.

This project aims at engineering to produce selenoneine at titers high enough for subsequent purification of this molecule, or for this host to act as a direct source of selenoneine if supplied in the food of zebrafish to become part of its intestinal microbiota. Inspired by the recently reported pathway of selenoneine in Schizosaccharmoyces pombe, the student will design a synthetic selenoneine biosynthetic circuit to be integrated in an appropriate microbial host (yeast or bacteria) that is originally devoid of that pathway. This would require the use of one or more of the following techniques: gene optimization/design, advanced DNA assembly (Gibson, Golden Gate), cloning and genome editing techniques (e.g. CRISPR-Cas9). The student might also use metabolic flux analyses to support the development of ingenious metabolic engineering strategies in new engineered strains as well as in natural selenoneine producers, like S. pombe. In this project, the student will intensively use advanced analytical techniques as High resolution LC-MS for targeted small molecule and metabolomic analyses. For confirmation of the chemical structures, the student is expected to jointly collaborate with NMR analysts. Importantly, the student will also optimize chromatographic methods (like preparative HPLC), among others, for the purification of selenoneine or its precursors in their different chemical forms.

Ultimately, purified selenoneine as well as the engineered strains will be used in the study of the protective effect of selenoneine against the neurotoxic effect of mercurial contaminations using zebrafish The student will closely collaborate with the lab of Paul de Koninck to ensure the delivery of selenoneine and/or the engineered strains in convenient forms amenable for their direct use in the toxicological tests conducted on Zebrafish.

This is a collaborative project between the labs of Abdel-Mawgoud’s Synthetic Biology Lab (Institute of Integrative and Systems Biology, IBIS, Laval University) and of Paul De Koninck (CERVO Brain Research Center, Laval University). The PhD student will be part of a broad multi-disciplinary program funded by the Sentinelle Nord initiative to study the exposome-microbiota-brain axis.The recruited student will therefore be exposed to diverse research environments and broad spectrum of expertise at the interface of synthetic biology, biochemistry, cell biology, microbiology, toxicology, neuroscience and environmental sciences. The students will have the opportunity for such very enriching interactions through the monthly meetings with collaborators and their students.

Admissibility: We are seeking highly motivated and  competitive MSc degree holders with backgrounds in at least three of the following domains: 1- microbiology, 2- biochemistry/chemistry, 3- cell/molecular biology, 4- biological engineering, 5- chromatography/mass spectrometry.